虚拟战场环境中单兵行为仿真

虚拟人是完全由计算机表示,看起来像真人的图形实体.虚拟现实技术的发展和客观应用的需求,是虚拟人的研究逐渐成为计算机科学中一个非常重要的研究领域之一.该文主要介绍了仿真虚拟作战环境中虚拟士兵的真实感问题.在分布虚拟战场仿真和军事演练仿真中,常常把仿真的重点在地形和运动实体(如导弹、飞机、坦克等)上,而把注意力较少放在每个人体和人体运动的仿真.但在灾难救援训练、交互式防暴演习以及以步兵为对象的军事演练中,人体的运动描述和他的行为建模与仿真变得越来越为重要,对于增强虚拟环境的真实感、参与性,有重要意义.     

计算机动画中人体建模与皮肤变形技术的研究现状与展望

人体动画制作技术是计算机动画领域内的研究热点和难点。在制作真实感人体动画时,除了有真实的人体运动和灵活的运动控制方法外,还需要有逼真的人体造型和皮肤变形效果。为了使计算机动画研究领域的研究人员对当前各种人体建模与皮肤变形技术有较全面的了解,对计算机动画中的真实感人体建模与皮肤变形技术进行了较为全面的阐述,将现有的方法分为三大类:基于面模型的方法、基于体模型的方法和基于层次式模型的方法,并分析和比较了这些方法的优缺点。在回顾了现有的人体建模与变形技术的基础上指出,3维扫描技术的发展使人体建模和皮肤变形的研究面临新的契机。如何充分利用基于扫描技术建模的优点,并结合层次式建模与变形方法的灵活性的特点,创作出高度真实感的人体皮肤模型及其变形效果,是未来研究的重要方向。     

一种基于国标人体测量学数据的虚拟人建模方法

针对目前利用国标人体测量学数据构建的虚拟人模型,只有单一的骨骼层或皮肤层,不便于同时对虚拟人进行实时运动控制和皮肤动态变形研究的问题,提出一种利用GB 10000-88的19个人体测量学特征数据、用3ds max构造出虚拟人的皮肤网格、层级建模方法构建出虚拟人的骨骼关节运动模型与四元数球面混合插值技术相结合的虚拟人建模方法。实验结果表明,该方法构建的虚拟人双层模型有利于对准确的国标人体测量学数据的虚拟人角色进行建模、皮肤逼真变形、实时运动仿真和人机工效学分析。     

虚拟人在队列训练模拟器中的应用

随着仿真和虚拟现实技术的发展,虚拟人技术由理论研究逐渐走向实际应用,在医学、军事、航天、体育、艺术等领域发挥越来越重要的作用.然而,由于人体外形和运动的复杂性,对人类自身完美地模拟还十分困难.以队列训练模拟器为背景,重点研究了系统中虚拟人的几何和运动控制建模.根据军事队列训练的目标和要求,采用分层虚拟人表示方法,建立了具有树形结构的人体几何模型;应用基于视频的运动捕捉技术和运动学方法,控制虚拟人的行为动作;以齐步走为例,给出了仿真结果.仿真和实验结果表明,所建立的人体几何模型逼真可信,基于视频的运动捕捉和运动学结合的运动控制方法有效、逼真地对虚拟人进行了控制.     

虚拟人合成研究进展

虚拟人是人在计算机生成空间(虚拟环境)中的几何特性与行为特性的表示.虚拟人合成研究的内容主要包括逼真人体模型与逼真人体运动行为.文中介绍了人体建模方法、人体运动行为生成方法的发展过程,给出了基于实例的人体建模与人体运动行为建模的研究进展,以及这些研究成果的应用例子,最后列举了几个前沿研究问题.     

基于OPENGL的三维人体运动仿真

研究虚拟人体运动仿真动画技术是计算机动画设计中极重要的课题,构建简化虚拟的人体几何模型,利用计算机图形学知识,针对人体几何建模复杂,逼真度、控制性差的问题,先优化设计人体仿真运动相应的数学模型,建立人体运动系统坐标系后,采用Denavic-Hartenberg法,建立虚拟人体分层结构运动链的空间关节坐标系统.在3DS MAX下进行逼真几何建模,把模型转化为OpenGL程序,运用Visual C++6.0和OpenGL为编程工具,实现虚拟人体关节运动控制.结果表明,建模逼真,优化的几何模型在软件下容易控制,整体效果好,增强了虚拟人体运动的真实感和动作效果,很好地实现了虚拟人体行走.     

柔性物体动态变形的实时仿真

在计算机动画和虚拟现实技术中,基于物理的建模方法是高真实感地模拟物体受力变形和运动的有效途径,用简化的质点-弹簧模型具有物理真实感地动态的模拟柔软物体变形过程.质点的运动满足拉格朗日运动方程,采用了微分方程组来表示质点的运动规律,同时还将一个简单的柔软物体碰撞处理方法应用在质点-弹簧模型中,实验结果表明该方法是简单有效的.     

运动状态下虚拟人全身皮肤实时变形方法

完善了已有的广义交叉截面法,针对人体全身各处的特点提出了多种灵活有效的截面分组方法,实现了人体运动状态下的全身皮肤实时变形;同时结合插值方法,进一步提高肩关节、髋关节等运动幅度较大部位的皮肤变形效果.该方法适用于任意皮肤网格组织方式的虚拟人模型,能够在人体各种运动状态下实时生成逼真的全身皮肤运动变形.     

虚拟人实时运动控制的研究

为在虚拟环境中再现逼真的人体运动,对虚拟人的实时运动控制进行了研究。简单阐述了对虚拟人体的几何建模和运动建模。在传统人体动画控制技术的基础上,提出了虚拟人行为的高、低两层控制策略,实现了虚拟人行为的智能化－－在低层运动控制部分,通过关键帧,正向、逆向运动学和简单动力学适当结合的多重控制技术对人体的关节直接控制,实现了周期地步行、跑步等移动动作;在高层运动控制中,研究了避免碰撞障碍物的路径规划和接近     

人体运动的函数数据分析与合成

在许多虚拟现实的应用中,虚拟人作为人在计算机中的表示,是提高其交互能力和沉浸感的重要因素之一.然而,对于虚拟人建模而言,合成逼真、可控的虚拟人运动仍然是具有挑战性的课题.为此,提出了一种基于函数数据分析的人体运动合成方法.通过对一组样本运动进行函数主成分分析,构建出一个由特征运动构成的低维函数子空间.该低维子空间不仅能够有效地刻画样本序列内在的变化规律,而且也为有目的的运动合成提供了方法.在该空间中,通过控制各特征运动的系数即可合成出逼真、平滑的运动序列.该合成过程没有耗时的计算,因此能够满足各种实时应用